急性后COVID-19综合征患者肠道菌群的动态变化

COVID-19后的长期并发症很常见，但病毒清除后持续症状的潜在原因仍不清楚。研究肠道微生物组组成是否与急性后COVID-19综合征(PACS)相关，PACS定义为SARS-CoV-2病毒清除后4周内至少出现一个持续症状。本研究对106名COVID-19严重程度不同的患者(随访时间从入院到6个月)和68名非COVID-19对照组进行了前瞻性研究。使用鸟枪法宏基因组测序分析了258个样本的粪便微生物组，并将结果与6个月时的持续症状相关联。结果发现，6个月时，76%的患者出现PACS，常见的症状是疲劳、记忆力差和脱发。入院时肠道微生物组成与PACS的发生有关。与非COVID-19对照组相比，非PACS患者肠道微生物组在6个月时恢复。

实验设计

结果

1.急性后 COVID-19 综合征

2020年2月1日至8月31日期间，我们从香港的三个医院招募了106名患者，并对其进行了为期6个月的随访。中位年龄为48.3岁(IQR 33-62岁)，56人(52.9%)为女性(表1)。在这些患者中，高血压(17%)常见的合并症，其次是2型糖尿病(15.1%)。大多数患者在住院期间出现轻度至中度COVID-19(81.1%)，25名患者(23.6%)在住院期间接受了抗生素治疗。总体而言，在3个月和6个月时，分别有86名 (81.1%)和81名 (76.4%) COVID-19患者发生PACS。6个月时常见的症状是疲劳(31.3%)、记忆力差(28.3%)、脱发(21.7%)、焦虑(20.8%)和睡眠困难(20.8%；图1A)。在6个月时，有或无PACS的患者在年龄、性别、合并症、抗生素的使用、抗病毒药物的使用和COVID-19的严重程度方面没有差异。

病毒清除后的急性后COVID-19综合征 (PACS)。(A) 106名患者在急性COVID-19后3个月和6个月出现30种症状的比例；(B) PACS发生相关因素的多变量分析。中心点表示平均值，方框表示上、下四分位数范围。

2.COVID-19患者肠道菌群组成改变在疾病消退后持续6个月

在106名COVID-19患者中，68名在入院时(n=47)、1个月(n=64)和6个月(n=68)随访时收集粪便样本进行肠道微生物群分析。在9个月的随访中还收集了11名患者的粪便样本。我们首先检测了住院期间未使用(图2)或使用抗生素的随访COVID-19患者的肠道微生物组组成。6个月时未使用抗生素患者的肠道微生物群组成仍然不同(图2A)，6个月时的细菌多样性(Shannon指数)和Chao1丰富度低于非COVID-19对照组(图2B，C)。在未使用过抗生素的患者中，1个月和6个月时的肠道微生物组组成的聚类中心几乎相同(p=0.555)，但与非COVID-19对照组的样本不同(图2A)。此外，在疾病消退后1个月、6个月和9个月的样本分析中，肠道微生物群组成稳定。我们观察到，与非COVID-19 对照组相比，1个月和6个月时未使用过抗生素的 COVID-19 患者肠道微生物群的生态失调和异质性由前5个门和前 10 个常见的属定义(图 2E)。COVID-19 患者瘤胃球菌属(Ruminococcus)和双歧杆菌属(Bifidobacterium)的相对丰度低于非 COVID-19对照组(平均3.02% vs 6.75%，平均16.36% vs 19.22%，p<0.001，Mann-Whitney检验)。

在6 个月的随访中检测抗生素效果，未使用抗生素患者和抗生素治疗患者的总体肠道微生物群组成相似(p=0.351)。基线时，未使用抗生素患者和抗生素治疗患者之间的微生物群组成没有差异，而在1个月的随访中，整体肠道微生物群组成不同。根据医生的判断，患者接受4至12天的抗生素治疗，平均为7.89 (IQR 6-11)天。我们发现肠道微生物群组成与抗生素治疗持续时间之间没有相关性。这些数据表明，抗生素对COVID-19患者肠道微生物组的持续影响不会超过6个月。

住院患者(未使用抗生素)、SARS-CoV-2阴性后随访和非COVID-19个体粪便中肠道微生物群的组成差异。(A) 与非COVID-19个体相比，COVID-19患者SARS-CoV-2 阴性前后肠道微生物群组成的主坐标分析(PCoA)。(B)病毒清除后1个月和6个月时COVID-19患者肠道微生物群的多样性和丰富度分析。(D) SARS-CoV-2阴性后1个月内和6个月以上的住院患者和随访粪便中检出的前5个门和前10个微生物属(E)的平均相对丰度。

3.PACS患者具有明显的肠道微生物群失调

在68名COVID-19患者中(在6个月时分析了粪便样本)，其中50名(73.5%)患有PACS。我们检测了病毒载量，发现病毒载量(粪便和呼吸道样本)与PACS发展之间没有相关性。在6个月的随访中，我们在有和无PACS的患者中发现了两种不同的肠道微生物群(图3A和4A，p<0.05)。与非COVID-19对照组相比，无PACS的患者肠道微生物组恢复(图3A和4A，p=0.470)，而在6个月时 PACS患者的肠道微生物组成与非COVID-19对照组仍旧不同, p< 0.001)。在6个月的随访中，PACS患者的细菌多样性和丰富度(分别通过Shannon多样性指数和Chao1丰富度指数衡量)低于无PACS和对照组患者(，C)。此外，与非COVID-19对照组相比，发生PACS的患者入院时的细菌Shannon多样性和肠道微生物组丰富度降低，但未发生PACS的患者与对照组之间的Shannon多样性和丰富度没有差异。在PACS患者中检测到的肠道细菌种类中，基线和随访样本中28种细菌减少，14种增加)。在6个月时，与非 COVID-19对照组相比，PACS患者的产气柯林斯菌Collinsella aerofaciens、普氏栖粪杆菌F. prausnitzii、Blautia obeum水平降低，而Ruminococcus gnavus和普通拟杆菌Bacteroides vulgatus水平升高(p<0.05，LefSe>2；图3D)。无PACS受试者在入院时仅显示25种细菌种类的改变，在6个月时完全恢复(图4D)。据报道，PACS患者表现出多种持续性生化病理生理学特征。使用HUMAnN3研究肠道细菌组的功能改变。通过MaAslin2分析发现，PACS患者和非COVID-19对照组之间32种me[x]taCyc通路的相对丰度存在差异(p<0.05)。PACS患者的肠道微生物组中尿素循环途径、L-瓜氨酸生物合成途径和L-鸟氨酸生物合成Ⅱ途径的丰度增加。

6 个月时有或无急性后COVID-19综合征(PACS)的COVID-19患者的肠道微生物群组成。(A) 6个月时有或无PACS的COVID-19患者肠道微生物群组成的主坐标分析(PCoA)。(B)细菌多样性和丰富度。(C)有或无PACS患者的肠道微生物群组成分析。(C) 6个月时PACS患者肠道微生物组分类群LefSe分析。LDA，线性判别分析。

病毒清除后不同时间点基线和随访样本肠道微生物群的组成差异。(A) 与非 COVID-19受试者相比，有或无PACS的COVID-19患者在SARS-CoV-2定量逆转录-聚合酶链反应阴性前后肠道菌群组成的主坐标分析 (PCoA)。(B) 与非COVID-19受试者相比，基线时COVID-19患者肠道微生物群的多样性和丰富度分析(分别以 Shannon多样性和Chao1丰富度指数衡量)。(C) 与非COVID-19 受试者相比，随访6个月时COVID-19患者肠道微生物群的多样性和丰富度分析。(D)有或无